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活性污泥是胞外聚合物（Extracellular Polymeric Substances,EPS）、细菌、菌胶团等物质经过复杂的聚合过程而形成的聚集体,EPS被认为是活性污泥絮体中除了水和微生物细胞之外的第三种成分,并且微生物新陈代谢和自溶所产生的聚合物是EPS的来源之一,因此污水中游离氨（FA）浓度（FA是NH4+-N浓度、pH和水温的函数）和碳氮比（C/N）的变化,将会影响微生物的新陈代谢等功能,导致EPS及其组分含量的变化。为了深入探究活性污泥系统脱氮过程中胞外聚合物（EPS）的变化规律,本研究采用SBR工艺,以人工配水为研究对象,基于三维荧光光谱（3D-EEM）、高通量测序、扫描电子显微镜（SEM）及扫描电子显微镜-X射线能谱仪（SEM-EDS）,考察了碳氮比（C/N）及游离氨（FA）对生物脱氮效能、胞外聚合物（EPS）及其组分（PS、PN和DNA）、污泥脱水及沉降性能与微生物多样性影响的试验研究。基于探究C/N（0、5、10和15）对微生物EPS及其组分、污泥脱水及沉降性能与微生物多样性影响的试验研究,主要获得以下结论:（1）4种C/N条件下系统均获得了较高的NH4+-N去除率,且R10和R15系统内发生了同步硝化反硝化的现象,即高C/N有利于同步硝化反硝化的实现。（2）当C/N由0上升至15时,EPS和TB-EPS含量均呈现上升趋势,而LB-EPS含量逐渐下降,说明高碳氮比有利于EPS的产生,且EPS和TB-EPS中的PS、PN和DNA含量表现为递增的趋势,其中PS变化较为显著,而LB-EPS中的PS、PN和DNA含量整体表现为下降的趋势。（3）随着C/N的增大,CST、SRF和SVI值显著增大,即随着C/N的增加,污泥脱水及沉降性能显著恶化,说明C/N对污泥脱水及沉降性能有着显著影响,且EPS与CST、SRF和SVI均呈正相关。（4）LB-EPS、TB-EPS和EPS的三维荧光光谱分析。结果表明,（1）LB-EPS三维荧光光谱分析。相比于硝化开始时R15系统LB-EPS中峰A（类蛋白物质）、峰B（类腐殖物质）和峰C（类富里酸物质）的荧光强度值,硝化结束时峰A、峰B和峰C的荧光强度值均增大,因此可推断高C/N有利于硝化过程中类蛋白物质、类腐殖物质和类富里酸物质的产生积累;（2）TB-EPS三维荧光光谱分析。在硝化过程中,R0系统中TB-EPS中的类蛋白物质、类腐殖物质和类富里酸物质有所积累,而R5、R10、和R15系统中类蛋白物质、类腐殖物质和类富里酸物质有所减少;（3）EPS三维荧光光谱分析。在硝化过程中,R0系统EPS中蛋白类物质和富里酸物质有所积累,腐殖质物质含量减少,而R5、R10和R15系统不利于EPS中蛋白类物质、富里酸物质和腐殖质物质含量的积累。（5）活性污泥的SEM和SEM-EDS分析。结果表明,随着C/N的提高,不同基质条件下活性污泥系统内的微生物种群特性显著改变,丝状菌数量逐渐增多。并且活性污泥表面组成元素主要为C、N、O和P。C构成微生物细胞的碳架,因此其含量最多,其次为N（提供微生物合成蛋白质的原料）,此外随着C/N增大,C、N和O的表观浓度以及所占的百分比表现为递减的趋势。（6）基于高通量测序技术对微生物群落结构及微生物多样性的分析。结果表明,（1）所提供的样本量足以反映群落的丰富度,满足微生物的分析需求,4种C/N条件下样品中OTU数目分别为1513、1023、1410和1139;（2）随着C/N的升高（0→5→10→15）,SBR系统内活性污泥样本中特有的OTU数目表现为先下降后略微上升的趋势（715→293→221→382）,并且对于门、纲、目、科和属水平的微生物种类数,R10系统最高,R15次之,R5系统最少,同时种水平微生物的种类数R10系统最高,R0次之,R5系统最少;（3）4种C/N条件下活性污泥系统内以变形菌门、拟杆菌门、蓝细菌门、疵微菌门、硝化螺旋菌门和浮霉状菌门的微生物为主要菌群,六者的相对丰度比例约占所有微生物门水平的90.6%,同时随着C/N的升高亚硝化单胞菌科在活性污泥中的相对丰度,表现为递减的趋势（3.43%→0.27%→0.20%→0.13%）。基于探究FA（0.5、5、10和15）对微生物EPS及其组分、污泥脱水及沉降性能影响的试验研究,主要获得以下结论:（1）4种FA条件下系统均获得了较高的NH4+-N去除率,并且R10和R15系统实现了稳定的短程硝化[NO2--N积累率为（96.6%99.3%）],说明高FA浓度有利于短程生物脱氮的实现。（2）不同FA浓度条件下硝化结束时的LB-EPS和TB-EPS含量略高于硝化开始和反硝化结束时的LB-EPS含量,且系统内LB-EPS和TB-EPS的DNA含量在硝化过程下降,而在反硝化过程显著上升,此外硝化结束时TB-EPS中的PS含量显著高于硝化开始和反硝化结束时的PS含量,即硝化过程中有利于TB-EPS中PS含量的积累。（3）FA浓度从0.5升高到10时,硝化开始、硝化结束和反硝化结束时的EPS,TB-EPS和LB-EPS含量均表现为上升的趋势,而当FA浓度从10升高到15时均表现为减小的趋势,相比于R0.5、R5和R10系统内EPS,TB-EPS和LB-EPS含量,R15系统内不利于EPS,TB-EPS和LB-EPS含量的产生积累。（4）PN是LB-EPS的重要组分,占LB-EPS含量的百分比为（44%73%）,其次为PS（21%53%）,DNA最少（3%11%）;PS是TB-EPS和EPS的重要组分,其次为PN,DNA最少。并且FA由0.5升高到10时,TB-EPS和EPS中的PN和PS含量表现为递增的趋势,而FA由10升高到15时,PN和PS含量表现为递减的趋势。（5）FA浓度在（0.55）mg·L-1范围时,CST、SRF和SVI值随着FA浓度的升高而升高,即活性污泥脱水及沉淀性能随着FA浓度的升高而恶化,而当FA浓度在（515）mg·L-1范围时,CST、SRF和SVI值随着FA浓度的升高而减小,即活性污泥脱水及沉降性能随着FA浓度的升高而改善。